基于功率匹配的油缸試驗臺液壓系統(tǒng)設(shè)計

黃 燁

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興 312000）

0 前言

油缸作為液壓傳動的主要執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于工程機械、起重設(shè)備、冶金機械、農(nóng)業(yè)機械、車輛工程、武器裝備、航空航天裝備等領(lǐng)域中，油缸質(zhì)量和性能的好壞，直接影響整個液壓系統(tǒng)和設(shè)備的正常工作，因此檢驗與測試油缸性能至關(guān)重要。在油缸開發(fā)、出廠檢驗、產(chǎn)品驗收過程中，需要對液壓缸進(jìn)行試驗。由于油缸的品種、規(guī)格多，因此，設(shè)計能滿足不同直徑與行程、不同負(fù)載（不同流量與壓力）的液壓缸通用試驗臺，并與負(fù)載功率匹配，提高試驗臺的運行效率，降低能源消耗顯得非常必要。

按照GB/T 15622——2005 規(guī)定[1]，液壓缸的型式檢驗項目有10項，其中耐久性試驗消耗功率最多，是油缸試驗臺的關(guān)鍵。

1 油缸試驗臺液壓系統(tǒng)設(shè)計

一般油缸試驗臺液壓系統(tǒng)如圖1～5所示，油缸試驗臺系統(tǒng)一般由被試缸子系統(tǒng)、加載缸子系統(tǒng)、檢測控制子系統(tǒng)組成；按組成模塊分供油模塊、控制閥模塊、電氣控制模塊等。

為了滿足不同規(guī)格的油缸進(jìn)行性能測試，油缸試驗臺需要提供不同的壓力和速度。不同的被試油缸要承受不同的液壓力，加載缸需要提供不同的加載壓力，因此在被試液壓缸支路和加載缸支路設(shè)置溢流閥調(diào)定壓力；對于速度調(diào)節(jié)，加載子系統(tǒng)和被試缸子系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速或變量泵調(diào)速。

如圖1 為國標(biāo)GB/T 15622—2005 液壓缸型式試驗液壓系統(tǒng)原理圖[1-2]，溢流閥3 調(diào)定加載缸的壓力后，差動加載缸提供一定的負(fù)載，泵2 起補油作用；被試缸13的壓力由17調(diào)整，往復(fù)速度由單向節(jié)流閥20、21調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)簡單實用，但節(jié)流調(diào)速發(fā)熱量大，功耗大，不宜于高速和功率大的場合。將圖1 中的節(jié)流調(diào)速改為變量泵調(diào)速，成為圖2系統(tǒng)，減少功耗。

圖1 單向節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)

圖2 變量泵調(diào)速液壓系統(tǒng)

對于功率大的加載缸，采取換向閥控液壓系統(tǒng)，如圖3～5。

圖3 中，泵2 和2’、16 和16’采取中高壓泵、高壓泵組合形式，可單獨供油，流量大時可雙泵供油，加載缸壓力由加載閥6調(diào)節(jié)，并利用雙向整流回路[3-4]。如果需要加載側(cè)向力，由于側(cè)向力一般為被試液壓缸軸向力的10%，此力較小，可以在側(cè)向加載支路上設(shè)置減壓閥構(gòu)成減壓回路。

上述幾種組合，采用的是節(jié)流調(diào)速，且由于泵所能直接提供的流量通常不能與油缸所需流量匹配，而是依靠溢流損失來滿足的，故該液壓系統(tǒng)總體功率損耗比較大。

圖4 中，泵2 和13 采取中高壓變量泵，利用比例閥和變量泵一起調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量——容積節(jié)流調(diào)速，由于容積節(jié)流調(diào)速沒有溢流損失，效率高，速度穩(wěn)定性好，調(diào)整范圍大，且能準(zhǔn)確控制油缸速度[5-6]。

圖3 具有側(cè)向加載的液壓系統(tǒng)

圖4 比例閥控液壓系統(tǒng)

功率大，特別是功耗及發(fā)熱量大時，應(yīng)采取圖5所示具有功率回收的液壓系統(tǒng)[7]。當(dāng)截止閥13關(guān)閉時，泵2、2’獨立向加載缸供油，壓力由溢流閥4、5調(diào)節(jié)。當(dāng)截止閥13打開時，進(jìn)行功率回收，此時有兩種情況：（1）若截止閥7 關(guān)閉，泵17、17’向被試缸和加載缸有桿腔供油，泵17、17’壓力由溢流閥15 調(diào)節(jié)；（2）若截止閥7 打開，泵2、2’、17、17’聯(lián)合向兩缸供油，此時截止閥14關(guān)閉，系統(tǒng)壓力由溢流閥4、5調(diào)節(jié)（系統(tǒng)壓力還可設(shè)置多級遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)），這種情況下，可提供最大流量。

圖5 具有功率回收的液壓系統(tǒng)

該組合一般采取中低壓變量泵與高壓泵組合形式，也可采取三泵組合，分別為低壓泵、中高壓泵和高壓泵，變量泵為系統(tǒng)提供主要油液，有恒壓泵和恒流泵；高壓泵作補油之用。

此外，有些油缸液壓系統(tǒng)，在主高壓回路中設(shè)置蓄能器，以減少系統(tǒng)壓力脈動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 結(jié)論

根據(jù)油缸規(guī)格、負(fù)載和運行速度不同，設(shè)計不同的試驗臺液壓系統(tǒng)，選擇不同的供油方式，做到能源與負(fù)載功率匹配，降低功率損耗，同時提高系統(tǒng)運行質(zhì)量。

［1］GB/T 15622-2005.液壓缸試驗方法［S］.

［2］彭熙偉.液壓缸綜合性能試驗臺設(shè)計［J］.液壓與氣動，2011（11）：93-94.

［3］張新，陳尚兵.油缸試驗臺的液壓系統(tǒng)［J］.煤礦機械，2010，2（31）：115-117.

［4］張立軍，劉克銘.液壓缸試驗臺液壓系統(tǒng)的初步設(shè)計［J］.機床與液壓，2008，12（36）：110-112.

［5］徐灝.機械設(shè)計手冊·液壓傳動與控制：第5版［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［6］王春行.液壓控制系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［7］紀(jì)躍波，張飛.高壓高速液壓缸耐久性試驗功率回收節(jié)能技術(shù)［J］.集美大學(xué)學(xué)報，2010，3 （14）：63-67.